Giám sát nguồn, tắt nguồn và đặt lại trong một ASIC duy nhất

Việc giám sát điện áp/dòng điện, kích hoạt tắt các tải ở xa và xác định điều kiện reset phù hợp nghe có vẻ là một yêu cầu rất lớn đối với bất kỳ hệ thống nguồn nào. Nhiều nhà thiết kế có lẽ sẽ dùng một ADC, một mạch op-amp rời hoặc in-amp với một số comparator và một vi điều khiển, rồi triển khai toàn bộ logic trong firmware. Điều này có nghĩa là bạn phải xây dựng một ứng dụng nhúng và viết driver cho các ngoại vi, bên cạnh việc thiết kế, mô phỏng và kiểm thử phần cứng trên bàn đo.

Một lựa chọn tốt hơn là gom tất cả các tính năng này vào một ASIC duy nhất. Thông thường, logic lập trình chỉ xử lý phần số của bài toán, nhưng giám sát nguồn và reset hệ thống cũng đòi hỏi phải theo dõi các tín hiệu tương tự. Một giải pháp tốt hơn là xử lý tín hiệu hỗn hợp trong một ASIC lập trình được như GreenPAK. Dưới đây là lý do vì sao bạn nên xem GreenPAK như một giải pháp để tích hợp các chức năng này vào một ASIC lập trình nhỏ gọn.

Chức năng giám sát nguồn

Giám sát điện áp rời rạc thường bắt đầu bằng một cầu phân áp điện trở được chia tỉ lệ để đưa điện áp nguồn vào dải đầu vào của comparator hoặc ADC, sau đó là bộ lọc RC để loại nhiễu chuyển mạch từ bộ biến đổi. Giám sát dòng điện thường sử dụng điện trở shunt phía low-side hoặc high-side cùng với bộ khuếch đại cảm biến dòng hoặc in-amp để tạo độ lợi, vì điện áp trên shunt ở mức công suất tổn hao hợp lý thường chỉ ở hàng chục milivolt. Sau đó, cả hai tín hiệu đều cần được điều hòa: khuếch đại, chỉnh offset, lọc và bảo vệ trước các xung quá độ tại nút đo.

Giá trị tương tự được đo chỉ thực sự hữu ích khi được chuyển thành trạng thái logic. Điều này có thể được thực hiện bằng comparator và một điện áp tham chiếu cố định hoặc lập trình được, tạo ra trạng thái 1 bit cho quá áp, thấp áp hoặc quá dòng, với hysteresis giúp ngăn nhiễu làm tín hiệu dao động gần ngưỡng. ADC tạo ra một giá trị số để firmware so sánh với ngưỡng, nhưng cách này làm tăng độ trễ chuyển đổi và phải được xử lý trong firmware. Đối với logic bảo vệ, việc đặt ngưỡng bằng comparator nhanh hơn và không phụ thuộc vào việc thực thi mã.

Để triển khai việc đặt ngưỡng này trên một thiết bị hỗn hợp tín hiệu lập trình được cần có:

• Các comparator tương tự với hysteresis có thể lập trình
• Điện áp tham chiếu nội hoặc DAC có thể lập trình để thiết lập ngưỡng
• Các chân đầu vào tương tự có khả năng dùng cầu phân áp hoặc bộ đệm
• Các bảng tra cứu để kết hợp nhiều cờ trạng thái thành một điều kiện lỗi duy nhất

Chức năng tắt hệ thống

Khi đã phát hiện lỗi, khối tắt phải tác động lên đầu ra logic đó. Trong một giải pháp tích hợp, logic tắt nằm ngay sau các comparator giám sát và điều khiển các chân enable trên bộ ổn áp, driver cổng cho FET và/hoặc một đường báo lỗi trả về bộ xử lý chủ. Một đầu ra comparator được định tuyến qua logic tổ hợp đến chân đầu ra có thể vô hiệu hóa bộ biến đổi trong thời gian thấp hơn nhiều so với một micro giây, đủ nhanh để bảo vệ MOSFET trong sự kiện ngắn mạch.

Trong điện tử công suất, việc tắt hệ thống hiếm khi chỉ là đảo trạng thái một đầu ra, vì các tải thường cần được tắt theo thứ tự ngược lại với trình tự cấp nguồn. Điều đó đòi hỏi các đầu ra theo trình tự với độ trễ độc lập, cùng với một latch để lỗi thoáng qua không làm hệ thống tự khởi động lại.

Các tính năng số cần có để triển khai logic tắt:

• Các bảng tra cứu để kết hợp điều kiện lỗi và điều kiện enable
• Các khối trễ và one-shot để tạo trình tự và chặn dòng xung khởi động
• Các SR latch để giữ trạng thái lỗi cho đến khi được xóa có chủ đích
• Các bộ đếm để đặt độ trễ giữa các lần kiểm tra lỗi
• Đầu ra open-drain hoặc push-pull có khả năng điều khiển các chân enable và gate

Chức năng reset hệ thống

Logic trong khối reset giám sát hai yếu tố: comparator giám sát dòng điện (hoặc điện áp) cho biết công suất tải đã suy giảm gần về 0, và một chỉ báo logic từ bộ tạo trình tự tắt xác nhận rằng tất cả các giai đoạn của chuỗi tắt đã hoàn tất. Chỉ khi cả hai điều kiện này được duy trì trong một khoảng thời gian xác định thì chuỗi reset mới nên diễn ra. Việc đặt một bộ định thời trễ giữa trạng thái phát hiện dòng bằng 0 và đầu ra reset sẽ cho các đường nguồn đủ thời gian để xả hoàn toàn.

Các tính năng số cần có để triển khai logic reset:

• Các bảng tra cứu để thực hiện phép AND giữa cờ dòng bằng 0 và chỉ báo hoàn tất tắt
• Các khối trễ hoặc bộ đếm cho khoảng thời gian chờ xả điện
• Bộ phát hiện cạnh và bộ tạo xung để tạo xung reset có độ rộng xác định
• Một đường xóa latch được điều khiển bởi khối reset hoặc lệnh bên ngoài
• Mạch reset khi bật nguồn để bản thân thiết bị khởi động ở trạng thái xác định

Tạo ASIC tùy chỉnh với GreenPAK

GreenPAK của Renesas là một họ IC hỗn hợp tín hiệu có thể lập trình, kết hợp comparator tương tự, nguồn tham chiếu, các khối trễ và bộ đếm, latch và các bảng tra cứu có thể cấu hình trên cùng một khuôn chip nhỏ, tất cả đều được cấu hình trong một công cụ thiết kế đồ họa miễn phí thay vì bằng firmware. Các thiết kế tham chiếu được tài liệu hóa đầy đủ bao phủ các ứng dụng về trình tự cấp nguồn, giám sát và reset, vì vậy phần lớn logic này có thể được điều chỉnh thay vì phải xây dựng từ đầu.

Các công cụ phát triển của Renesas GreenPAK mang đến cho nhà thiết kế khả năng phát triển các IC số, tương tự hoặc hỗn hợp tín hiệu hoàn toàn tùy chỉnh. Các bộ xử lý hỗn hợp tín hiệu có thể lập trình này cho phép tích hợp các chức năng thường có trong mạch quản lý xung nhịp và tín hiệu, từ đó tạo ra các hệ thống nhỏ gọn và hiệu quả hơn. Để tìm hiểu thêm, hãy xem các linh kiện GreenPAK và các ví dụ tham chiếu.

Để tìm hiểu thêm, hãy xem các linh kiện GreenPAK và các ví dụ tham chiếu.

• Tìm hiểu thêm về các linh kiện GreenPAK
• Xem các giải pháp IC reset GreenPAK

Dù bạn cần xây dựng hệ thống điện tử công suất đáng tin cậy hay các hệ thống số tiên tiến, hãy sử dụng bộ tính năng thiết kế PCB đầy đủ và các công cụ CAD đẳng cấp thế giới do Altium cung cấp để hiện thực hóa các giải pháp GreenPAK của bạn. Altium cung cấp nền tảng phát triển sản phẩm điện tử hàng đầu thế giới, đi kèm với các công cụ thiết kế PCB tốt nhất trong ngành và các tính năng cộng tác liên ngành dành cho các nhóm thiết kế tiên tiến. Liên hệ với chuyên gia của Altium ngay hôm nay!